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La realtà artificiale dei foglets, di M. Elisabetta Bonafede
Tecnoscienza - Nanotecnologie
foglet
L'ultima frontiera della tecnoscienza si chiama  nanotecnologia. Nasce dal connubio tra ingegneria, computer science e fisica ed è volta alla progettazione e realizzazione di macchine a scala di nanometro (unità di misura che corrisponde a 1 miliardesimo di metro), assemblando molecole e addirittura atomi uno ad uno (tipico approccio bottom up). Questa idea risale al 1959, con il famoso discorso rivolto da Richard  Feynman ai membri dell'American Physical Society There's plenty of room at the bottom. Sebbene accolta con incredulità e freddezza dal contesto tecnico-scientifico di allora, la fattibilità di questa proposta non è mai stata confutata ed anzi è stata enfatizzata negli anni '80 da Eric Drexler, che in Engines of creation. The coming era of nanotechnology [qui la traduzione italiana, su Estropico - Ndr] introduceva per la prima volta il termine “nanotecnologia”.

Le macchine miniaturizzate sono fatte di pezzi meccanici realizzati alla nano-scala, come sensori, valvole, ingranaggi, pompe, catene, lenti, cuscinetti ecc.. Se a questo aggiungiamo  potenti microcomputer otteniamo nanorobots capaci di lavorare alla scala atomica per manipolare enti infinitesimali e perfino per portare alla realtà aggregati molecolari non esistenti in natura, ma progettati dagli ingegneri nel rispetto delle leggi della fisica. Con questi strumenti l'uomo arriva a creare nuovi materiali (i nanomateriali, appunto) modificando la natura nel suo intimo per potenziarne le capacità e correggerne le disfunzioni. Non solo, assemblando più nanorobots si otterrebbero gli smart materials, cioè materiali programmabili per prendere la forma dell'oggetto voluto (utensili, case, automobili, macchine..), con la capacità aggiunta della flessibilità per riconfigurarsi in molteplici usi.

Nel quarto capitolo Drexler introduce un'altra potente promessa della nanotecnologia: la capacità di autoreplicazione. Come le cellule biologiche hanno la capacità di realizzare copie di loro stesse, analogamente i robots molecolari avrebbero capacità di riprodursi e attualmente il traguardo degli studi nel settore delle nanotecnologie si sta spostando in avanti, dal molto piccolo al potere dell'autoreplicazione (autogenia), cioè la capacità di una macchina di costruire i suoi pezzi ed assemblarli. Questo concetto è correlato a quello più ampio di autopoiesi, termine coniato dai leaders dell'emergentismo (il bottom up “naturale”) Humberto Maturana e Francisco Varela, che si riferisce ai sistemi biologici o ecologici che si producono da soli. Un sistema autopoietico è frutto dell'insieme di relazioni che si instaurano tra la propria struttura e l'ambiente, risponde in modo specifico e individuale alle perturbazioni esogene, si rigenera continuamente, ricreando e sostituendo le sue componenti. Mentre il concetto di autopoiesi si riferisce non a oggetti, ma a esseri viventi in continua trasformazione e adattamento, l'autogenia ha un significato più meccanico e si applica a oggetti fisici permanenti. In sintesi autogenia è solo una tappa intermedia sulla strada che ha come meta la creazione di forme di vita artificiale; già i nanotecnologi considerano i batteri esempi di nanomacchine programmate per mutare velocemente e il loro obiettivo è di controllare tali mutazioni grazie all'ausilio dei computers.

Un po' quello che si prefigge di fare John Storrs Hall, scienziato della Rutgers University nel New Jersey e presidente del Foresight Institute di Palo Alto, con la sua favolosa invenzione: Utility Fog, un'idea finora compiuta solo a livello di progettazione in attesa di un balzo tecnologico in avanti che permetta di porla in atto.

Utility Fog è una sostanza intelligente polimorfica, capace cioè di cambiare forma a comando; consiste in una massa di nanorobots detti foglets che unendosi formano qualsiasi oggetto, simulando le proprietà delle sostanze fisiche in pochi secondi. Per spiegarla Storrs Hall usa una metafora biologica: “Come il nostro corpo, questi oggetti consistono di trilioni di macchine microscopiche paragonabili alle nostre cellule e dotate di informazioni e di un sofware locale che si collega a quello globale del sistema. Ma  a differenza delle nostre cellule sono più rapidamente riprogrammabili e svolgeranno più funzioni.” (J. Storrs Hall, On certain aspects of Utility Fog)

I foglets sono cellule robotiche delle dimensioni di circa 100 micron (1 micron = 1 milionesimo di metro) costruite dalle fog making machine, fabbriche molecolari di precisione atomica e controllate da nanocomputers. Comparati agli assemblatori di Drexler – che sono macchine a dimensione di nanometro – sembrerebbero enormi e poco potenti. Tuttavia sono capaci di cose strabilianti.

Ciascun foglet è formato da un corpo centrale dodecaedrico di idrossido di alluminio della misura di una cellula umana,  contenente un motore, una batteria e un nanocomputer; da ciascun delle facce del dodecaedro si dipartono bracci mobili ed estensibili che si irradiano in tutte le direzioni e che sono dotate all'estremità di una pinza a tre “dita” che permette di collegare meccanicamente i foglets tra loro per formare una struttura reticolare a più strati,  una formazione cristallina i cui “atomi” sono i corpi dei foglets.

I foglets uniscono i loro bracci per costituire nella formazione a bassa densità (cioè quando i bracci si estendono al massimo) una massa rarefatta simile a una nuvola o a una nebbia (fog) che fluisce facilmente come l'aria. Questa “sostanza fisica universale” (cfr. J. Storrs Hall,  Utility Fog. A Universal phisical substance, 1998)  non a caso prende il nome di Utility Fog: “fog” per la sua configurazione base; “utility” in quanto è programmabile per disporsi in qualunque configurazione, assumendo quasi istantaneamente la forma dell'oggetto di cui abbiamo bisogno. In base al legame più o meno elastico tra i bracci dei foglets e al grado di estensione dei bracci stessi, può dare origine a un materiale duro, oppure soffice, liquido, gassoso.

I foglets collaborano come in uno sciame: comunicano tra loro e si coordinano in modo che se una parte è fuori controllo o risulta danneggiata altre possono assumere quel ruolo e il sistema funziona ancora. Uno specifico software li fa connettere per realizzare un oggetto che interagisce con gli umani come un oggetto reale e che a livello percettivo ha le stesse caratteristiche di quest'ultimo (consistenza, proprietà ottiche, tattili e olfattive..); oppure li disconnette per trasformarlo in qualcos'altro o addirittura farlo scomparire, allorché i foglets si diradano e tornano “nuvola”. Utility  Fog può riparare danni, o meglio evitare che si verifichino, trasformandosi in poche frazioni di secondo in materiale duro come la roccia, oppure creando intorno all'oggetto o alle persone una sorta di airbag che attutisce ogni colpo e protegge da ogni ferita. Infatti Storrs Hall racconta di aver avuto l'idea di Utility Fog proprio pensando, mentre guidava, a come realizzare un sistema di sicurezza nanotecnologico per evitare le conseguenze degli incidenti automobilistici.

Utility Fog non solo può simulare oggetti, ma anche produrre sensazioni: grazie all'enorme magazzino di informazioni contenute nei nanocomputer, può sembrare una brezza gentile, pioggia e perfino la carezza di una persona non realmente presente.

Un pollice cubo di Fog (16,38 cm3) contiene una rete di 16 miliardi di processori. Da ciò si evince l'estrema capacità di controllo che in combinazione con un grado illimitato di creatività e di abilità operativa apre a un mondo fatto della “stessa materia di cui sono fatti i sogni” (cfr. J. Storrs Hall, Utility Fog: The Stuff that Dreams Are Made of, 1993).

In sintesi, cosa si può fare quando si è immersi in Utility Fog? J. Storrs Hall individua cinque poteri che Utility Fog donerebbe all'umanità:

1) potere di creare oggetti che appaiono o scompaiono a comando, che cambiano colore, texture, densità, che passano dallo stato liquido a quello solido o gassoso, che si riparano o riciclano automaticamente;

2) potere di far levitare cose e persone: la nuvola di foglets che circonda una cosa può sollevarla e tenerla sospesa e perfino trasportarla come in volo;

3) potere di manipolare gli oggetti reali a distanza esercitando forze invisibili che li spingono, muovono, deformano,  flettono, allungano, comprimono. Come Superman potremo piegare barre d'acciaio...;

4) potere di esercitare una forma speciale di teletrasporto: in luoghi pieni di Utility Fog sarebbe possibile materializzare persone grazie al flusso di dati che provengono da luoghi remoti attraverso la rete. Un esempio fatto da Storrs Hall può chiarirci le idee: se vuoi visitare un amico distante da te migliaia di miglia senza muoverti da casa, entrambi potete allestire un ambiente domestico pieno di Utility Fog; quindi una sua replica-fog appare nella tua casa e viceversa una tua replica-fog appare nella sua. L'aria-fog che ti avvolge misura le tue azioni e le trasmette alla tua replica-fog che le riproduce esattamente. Anche il tuo amico è simulato così bene che puoi percepire non solo ogni suo capello come se fosse reale, ma anche il suo odore riprodotto da minuscole industrie chimiche immerse in Utility Fog;

5) potere di cambiare forma: ti chiedi che cosa si prova ad essere un pipistrello? Se questa è la tua curiosità, uno specifico software-fog ti permetterà di realizzarla, simulando intorno a te ali con patagio, orecchie appuntite, pelliccia scura, una coda e un sonar dietro il naso per produrre ultrasuoni.

E proprio quest'ultimo potere è quello che è maggiormente intrigante per Storrs Hall che infatti intitola il suo principale saggio su Utility Fog What I want to be when I grow up, is a cloud (“Quello che vorrei essere da grande: una nuvola”) originariamente pubblicato su Extropy Magazine nel 1994 e nel 2004 riproposto su Kurzweil.net. Nell'introduzione Storrs Hall descrive uno scenario post-umano in cui grazie alle nanotecnologie sarà possibile realizzare non solo un'estensione di grado del design esistente – progettando un corpo più forte, più leggero, con cervello più veloce e sensi più acuti, capace di adattarsi ad ogni ambiente, ma anche un'estensione di specie. Utility Fog, una volta caricati (uploading) più dati possibili dal mondo reale nel grande magazzino di informazioni dei nanocomputers, ti permette di essere grande o piccolo, più leggero dell'aria e volare, di passare attraverso i muri e soprattutto di essere qualunque cosa, anche una nuvola.

A differenza della realtà virtuale Utility Fog è un'interfaccia, un ponte tra il cyberspazio e la realtà fisica; una miscela di oggetti virtuali (cioè fatti di foglets) e di oggetti fisici; una realtà artificiale parallela nata dall'incrocio tra la realtà virtuale e l'intelligenza artificiale, che ai sensi umani sembra identica alla realtà fisica, ma se si guarda al microscopio si vede che al posto delle cellule ci sono robots meccanici. 

Utility Fog opera in due modalità: nella modalità naive, i nanorobots agiscono come cellule, ognuna con una posizione e una funzione precisa; nella modalità fog, i nanorobots operano come pixel che restano fermi mentre le immagini si muovono sullo schermo: l'oggetto-fog in questo caso  è formato da un pattern di robots che cambia proprietà da momento a momento, si muove, si compone e scompone a comando senza che però i foglets si muovano.

Se Utility Fog occupa uno spazio fisico circoscritto, per esempio una stanza con i suoi oggetti, l'aria ecc.,  interagisce con essi e l'intera stanza può essere istantaneamente mutata da un'ambientazione a un'altra. Diamo allora un'occhiata a come potrebbe essere la casa-fog: se riempissimo la nostra casa di Utility Fog avremmo un sistema operativo che permetterebbe di simulare ogni oggetto (escluso il cibo), di far apparire ciò che serve e di farlo scomparire quando non serve più, di trasmettere comandi a distanza.. Questo ci permetterebbe di migliorare la qualità della vita, non solo dal punto di vista funzionale, ma anche estetico: “se sei stanco di quel tavolo in stile avanguardia, i robots potrebbero semplicemente ruotare i bracci e avresti al suo posto un elegante tavolo in stile Queen Ann (J. Storrs Hall, Utility Fog: The Stuff that Dreams Are Made Of, 1993).

Piuttosto che dipingere i muri, rivestendoli di una pellicola di foglets che agisce come uno schermo potremmo avere le pareti di un colore diverso ogni giorno. Se invece realizziamo l'intero muro di Utility Fog allora potremmo variare la pianta della casa  secondo le occasioni o aprire finestre allorché ci spostiamo nella stanza o cambia la luce diurna. Se il pavimento fosse di foglets non sarebbe mai sporco, potrebbe apparire di marmo alla vista, ma camminandoci sembrare soffice come gommapiuma. E ancora: se l'intero ambiente domestico fosse costituito di Utility Fog, l'arredamento sarebbe estruso direttamente dai muri o dal pavimento e quando non sarà più necessario i robots scioglieranno i loro legami e torneranno a far parte delle pareti. La casa-fog avrebbe tetti impermeabili e capaci di raccogliere energia dal sole e dal vento, rendendo l'edificio completamente autonomo e “pulito” dal punto di vista energetico. La struttura resisterebbe a qualunque sisma e si autoriparerebbe istantaneamente in caso di danno.

A questo punto la fog-city non sarebbe che un'estensione della fog-house. Quali meravigliosi e inediti compiti spetteranno agli architetti del futuro! Non a caso nel più bel film di fantascienza, Matrix, il vero cervello del mondo era un architetto...

 

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